Nghiên cứu radar tác chiến phòng không và phòng không nhân dân

Nghiên cứu radar tác chiến phòng không và phòng không nhân dân

Phần I: Phần mở đầu

Sang điện từ là một trong những phát kiến vĩ đại của lịch sử lòai ngời.Năm

1865 nhà bác học Macxoen đã dự đoán ra lý thuyết về sóng điện từ.Năm 1887 đã phát minh ra sóng điện từ bằng thực nghiệm do nhà bác học Henry Hetz Ngày 7 tháng 5 năm 1895 nhà bác học Nga Popop đã phát minh ra dụng cụ có thể thu và ghi lại các hiện tợng phóng điện trong không gian ở cách xa 30m Tháng 3/1896 Popop đã giởi đi bức vô tuyến điện tin đầu tiên trong lịch sở khoa học gồm mấy chữ “Henry Hetz”.Ngời ta đã coi phát hiện ra vô tuyến điện là phát minh to lớn của loài ngời và lấy ngày 7/5/1895 là ngày phát minh ra vô tuyến điện Năm 1897 trong khi tiến hành thí ngiệm về liên lạc vô tuyến điện Popop đã phát hiện ra sự phản xạ của của sóng điện từ và đã ứng dụng để kiểm tra tàu bè, xác định vị trí mục tiêu dẫn đờng định hớng cho tàu trong đêm hoặc có sơng mù.Một ứng dụng quan trọng nhất vào trong quân sự và trong thực tế là vô tuyến dịch vụ hay Radar Radar là tiếng viết tắt của tiếng Anh “Radio Dectection and Ranging” có nghiã là phơng tiện dùng sóng vô tuyến điện để phát hiện và định vị mục tiêu.Tên này là do Hải quân Mỹ đặt ra trong đại chiến thế giới lần thứ hai , tuy cha đủ nghĩa lắm nhng đã trở nên thông dụng trên toàn thế giới.Tuy nhiên trên thế giới

đến những năm 1925 trở đi thì Radar bắt đầu phát triển rộng rãi Năm 1925 ở Mỹ dùng Radar để nghiên cứu tầng điện ly.Năm 1935 Radar phát xung đầu tiên của Nga bắt đầu phát sóng,đến năm 1938 Radar của Nga đã phát hiện mục tiêu ở xa 100-200Km.Do tính u việt cảu Radar nên nhiều nớc đã tập trung ngiên kứu và phát triển Radar ở Đức năm 1936 đài Radar phát sóng met đầu tiên ra đời ở Pháp năm

1935 chế tạo ra Radar làm việc ở bớc sóng 16cm Kỹ thuật Radar phát triển rất nhanh chónh.Lúc đầu chỉ là Radar sống met tiếp theo là Radar sóng dm,cm cự ly phát hiện đã lên rất nhiều.Nhiều loại ra phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau

đã ra đời,Radar làm nhiệm vụ thám không , Radar cảnh giới ,Radar dẫn đờng

ở Việt Nam Radar đầu tiên đợc ứng dụng trong lĩnh vực quân sự Tháng 8 năm 1958 các lớp học đầu tiên về Radar đã đợc tổ chức Ngày1 tháng 3 năm 1959 các đài Radar của ta đợc chính thức phát phát sóng trên bầu trời Ngày 3 tháng 3 năm 1959 Radar của ta phát hiện đợc chiếc máy bay C17 của không quân Mỹ-nguỵ xâm phạm bầu trời phía tây tỉnh Thanh Hoá.Ngày 5 tháng 8 năm 1964 Radar phòng không đã phát hiện ra máy baycủaMỹ và Việt Nam với trí thông minh và lòng yêu nớc đã biết phát huy tính năng và làm chủ các đài Radar đợc trang bị khiến cho kẻ thù bất ngờ và những ngời chế tạo ra Radar khâm phục

Ngời ta có thể phân loại Radar ra theo nhiều cách khác nhau,các cách phân loại này chỉ có tính tơng đối

Theo lý thuyết có loại Radar làm việc theo kiểu phát sóng liên tục và phát sóng xung

Theo dài sóng phát có các lọai sóng m,dm,cm,mm

Theo phơng pháp định vị có lọai Radar chủ động, nửa chủ động và thụ động Theo vị chí đặt của Radar có thể đặt dới đất, trên tàu ,trên máy bay Radar ngoài đờng chân trời

Theo phơng pháp sử lý có Radar sử lý tín hiệu có loại Radar sử lý tín hiệu

t-ơng tự có Radar sử lý tín hiệu kỹ thuật số

Theo chức năng và phơng pháp chiến đấu là có Radar phòng không ,không quân ,hải quân ,lục quân

Theo phơng pháp điều chỉnh tín hiệu Radar sóng điện từ,hồng ngoại

Sự phát khoa học công nghệ vi điện tử và máy tính đã tạo ra tiền đề mới cho

sự phát triển của Radar Những Radar mới nhất hiện nay trên thế giới có những tính năng u việt ,cự ly phát hiện xa ,độ phân giải mục tiêu cao,thiết bị gọn nhẹ hệ thống sử lý tín hiệu và hiển thị số nhiều khâu sử lý tín hiệu đợc tự động hoá rất thuận lợi cho ngời sử dụng

Phần II :Nội dung

I.Nguyên lý hoạt động của Radar

1)Cơ sở kỹ thuật

Radar là hệ thống thuộc thiết bị thuộc lĩnh vực kỹ thuật vô tuyến điện Thực hiện phát đi (bức xạ ) những sóng vô tuyến điện trong môi trờng không khí và thu lại tín hiệu phản xạ của sóng điện từ từ mục tiêu rồi đo đạc sử lý tín hiệu cho ta nhận biết đợc tin tức về mục tiêu cần quan sát.

(Hình 1)

Sự phản xạ sóng điện từ đợc xảy ra ở giới hạn của hai môi trờng có tính chất điện

từ khác nhau Hình 1 cho ta biết các tham số toạ độ các mục tiêu trong không gian 0:Radar

M:mục tiêu

0M: Cự ly dài từ Radar tới mục tiêu thờng ký hiệu D

β :Góc phơng vị của mục tiêu

ε :Góc tà của mục tiêu T

MM’ : Độ cao của mục tiêu

MM’=H=sin ε

ε β

Z

Z

y

x

0

M

M’

Tại thời điểm to: Ho,Ro, β o

Tại thời điểm tn: Hn,Rn, β n xác định đờng bay của mục tiêu.

Oxyz là hệ toạ độ để xác định vị trí M trong không gian cần 1 trong 2 bộ 3 thông số

- Cự ly D - Cự ly D

- Góc phơng vị β - Góc phơng vị β

- Góc tà ε -Độ cao H=Dsin ε

Trong đó :

(D, β , H ) dùng xác định mục tiêu gần trái đất

(D, β , ε ) Dùng xác định mục tiêu xa trái đất.

Tập hợp các toạ độ mục tiêu theo thời gian sẽ cho ta quỹ đạo S của mục tiêu 2)Bề mặt phản xạ hiệu dụng của mục tiêu

S0 : Nói lên đặc điểm chủ yếu của vật phản xạ gọi là bề mặt phản xạ hiệu dụng của mục tiêu













λ

π cos

2 cos 4 2 1

S

S1: Diện tích mặt cắt của mục tiêu

λ :Bớc sóng làm việc

θ :Tia tới

Nh vậy bề mặt phản xạ có hiệu quả của mục tiêu thay đổi tờ giá trị cực đại 4S1-0 3) Các ph ơng pháp xác định toạ độ

a)Phơng pháp do cự ly mục tiêu D

Dựa trên cơ sở đo thời gian cần thiết để tín hiệu từ Radar phát đi sau đó phản xạ

về từ mục tiêu.

Cự ly D của mục tiêu đợc xác định:

2

Ct

D=

t:Thời gian giữ chậm tín hiệu từ khi phát xung đến khi đài thu đợc tín hiệu phản xạ

C: Vận tốc ánh sáng

Phơng pháp tần số ta có :

M

M h F

T CF D

∆

= 4

∆ FM Độ lệch tần số của dao động cao tần

TM :Chu kỳ lặp lại của tần số biến điệu máy thu.

Phơng pháp pha :Dựa trên nguyên tắc thời gian giữ chậm tín hiệu phản xạ từ mục tiêu đợc đo bằng độ dịch pha của dao động biến điện

h

F

C D

π

ϕ 4

∆

=

b)Phơng pháp đo phợng vị mục tiêu β

Có nhiều phơng pháp đo phơng vị Trong thực tế thờng dùng phơng pháp xung và phơng pháp pha

Thực chất của phơng pháp này là xác định β theo trục đối xứng cảu cách sóng trong mặt phẳng ngang.Ngiã là tín hiệu lớn nhất trên hiện sóng phơng vị cự ly ứng với

điểm giữa của mục tiêu.

Nội dung đợc mô tả trên hình 2

0

β M

450

(Hình 2)

c)Phơng pháp đo độ cao H

Radar có nhiệm vụ xác định độ cao H của mụctiêu so với mặt đất kể cả khi chúng còn ở xa.Mục tiêu ở xa mặt đất có độ cong của mặt đất.

tg

M M

D D

H H H

2 sin ''

Rtg: Đờng kính trái đất lấy bằng 6500Km

Xác định HM chính xác là xác định ε sau đó tính toán bù phần cong của trái đất dựa trên cự ly D đã biết Radar cảnh giới thờng sử dụng các phơng pháp đo cao:

Phơng pháp dùng cánh sóng chữ V

ϕ

ϕ

∆ +

∆

=

2

sin 1

sin

D H

Phơng pháp quét cánh sóng trong mặt phẳng đứng

tg R

D D

H

2 sin

2

+

4)Sơ đồ hoạt động

mạch

Máy Thu

Hiện sóng

Đồng bộ

Nguồn

HM H’’

H’

ε

Rtg

Hoạt động của Radar đợc khởi phát bằng bộ tạo đồng bộ.Máy phát qua bộ chuyển mạch chuyển tơi anten Anten biến đổi năng lơng siêu cao tần thành năng lợng sóng điện từ bức xạ trong không gian theo hình và hớng nhất định.Sóng điện từ gặp mục tiêu phản xạ lại anten đợc dẫn qua chuyển mạch tới máy thu.Máy thu làm nhiệm

vụ chọn lọc ,biến đổi khuếch đại xử lý tín hiệu thu đợc thành tín hiệu hình tần đa đến màn hình hiển thị mục tiêu

Nguyên lý trên có thể đợc biểu diễn bằng giản đồ điện áp sau:

Màn hình hiện thị mục tiêu có thể là các chấm sáng hoặc là hiện thị số nh trong các Radar hiện đại ngày nay.

Trong các Radar phòng không của ta chủ yếu là hiển thị bằng tập hợp các chấm sáng trên màn điều này gây bất lợi cho trắc thủ trong chiến đấu khi gặp phải các tình huống phức tạp,nhiều mục tiêu tốc độ xử lý yêu cầu lớn.

5)Các ph ơng pháp quan sát trong không gian

Quan sát không gian bằng Radar có thể tiến hành bằng nhiều phơng pháp khác nhau.Xuất phát từ mục đích sử dụng Radar ,vị trí sử dụng mà có các phơng pháp khác nhau,cũng chính vì thế mà cánh sóng đợc cấu tạo theo phơng pháp khác nhau

a)Phơng pháp quét vòng tròn

Udb

Up

Upx

Ura

t

t

t

t

Cánh sóng của quét vòng tròn.Khi đó anten của đài đợc quét theo góc phơng vị từ 0-v.360 0

V:vận tốc quay của Radar Thông thờng v=0-6 v/p

Phơng pháp này chủ yếu dùng cho Radar cảnh giới để phát hiện mục tiêu trong toàn bộ không gian của đài quan sát.

b)Phơng pháp quét cánh sóng theo hình dải quạt

Khi đó anten của đài đợc quét đi quét lại trong một giải quạt đợc giới hạn tờ góc β1 đến góc β2 , các giá trị góc này đợc xác định bởi tình huống chiến thuật tại thời điểm quan sát

Phơng pháp quét theo giải quạtđợc dùng khi cần xác định rõ mục tiêu làm rõ

số lợng kiểu dáng mục tiêu hoặc khi có chỉ thị cần tập trung quan sát phát hiện trong một khoảng không gian nhất định

Trong thực tế có thể quét hỗn hợp vừa giải quạt vừa tròn

II)Tính năng kỹ chiến thuật của Radar

1)Cự ly phát hiện xa nhất của Radar

) , (

* )

4 (

4

3 0 2 2

π

λ τ

f P

S Ga P D

mim

p

=

Pp :Công suất phát

τ : Độ rộng xung phát

Ga:hệ số khuếch đại anten

β1

β2

λ: Bớc sóng công tác của đài

S0: Diện tích phản xạ hiệu dụng của mục tiêu

Pmim: Độ nhạy của máy thu trên Radar

Hàm f (β,ε) Nói lên mối quan hệ giữa cự ly phát hiện lớn nhất với không gian nơi dặt đài ,hàm này đợc xác định cụ thể tại từng vị trí thực tế

Mong muốn của nhà chế tạo là có đợc các Radar có cự ly phát hiện DMAX càng lớn càng tỗt về mặt toán học ta có thể tăng các giá trị ở tử số giảm giá trị ở mẫu số,trong căn bậc 4 Song trong thực tế có đợc cự ly phát hiện xa nhất ngời thiết kế phải giải một bài toán tối u dựa trên các thông số trong công thức với ý nghĩa vật lý, khả năng kỹ thuật, công nghệ và yếu tố tâm sinh lý của con ngời khi

sử dụng đài

Giữa các tham số kỹ chiến thuật và chiến thuật có liên quan mật thiết với nhau.Trong quá trình lựa chọn thiết kếvà đặt ra yêu cầu cho các tham số của một

đài Radar không chỉ đơn thuần đáp ứng yêu cầu chiến thuật mà còn phải xét đến khả năng thực hiện nó về phơng diện kỹ chiến thuật Trở về với công thức Radar

) , (

* )

4 (

4

3 0 2 2

ε β π

λ τ

f P

S Ga P D

mim

p

=

Giả thiết muốn tăng DMAX lên 2 lần thì cần tăng công suất phát Pp lên 16 lần Khi tăng công suất lên kéo theo phải thay đổi các điều kiện làm cho đèn công suất làm việc bình thờng nh hệ thống làm mát,kích thớc khối phát sẽ tăng lên ,mặt khác công suất tăng quá lơn sẽ làm nhiệt độ trên đài tăng cao ảnh hởng đến sức khoẻ của ngời làm việc trên đài.Việc chế tạo đèn công suất lớn cũng gặp nhiều khó khăn về mặt công nghệ

Tăng τ cũng dẫn tới tăng DMAX nhng không nhanh mặt khác dẫn đến nhợc

điểm là khả năng phân biệt của đài Xu hớng tàng hình hoá dẫn đến sự giảm nhỏ

đáng kể điện tích phản xạ hiệu dụng của mục tiêu làm cho việc phát hiện và xác

định tính chất của mục tiêu càng khó khăn do đó việc tăng đô rộng xung phát hiện cũng hạn chế

Tăng độ dài bớc sóng λ cũng có tác dụng nhanh song việc tăng bớc sóng kéo theo kích thớc của anten cũng phải tăng theo dẫn đến những nhợc điểm trên Mặt khác khi λ thay đổi khả năng lan truyền sống trong không gian ,λ tăng cũng làm giảm khả năng phân biệt, việc xác định tính chất kiểu loại của mục tiêu gặp khó khăn Vì vậy việc thay đổi bớc sóng cần phải căn cứ vào nhiều yếu tố

Từ công thức ta thấy rằng cũng có thể tăng độ nhạy của máy thu thực chất là giảm Pmim đây là một phơng án khả thi đang đợc quan tâm chú ý.Vấn đề giảm Pmim

đã đạt đợc những bớc tiến khả quan trong điều kiện phát triển nhanh chóngcủa kỹ thuật và công nghệ chế tạo Việc xuất hiện các bộ khuyếch đại thuật toán làm việc với nguồn năng lợng cực nhỏ hệ số khuyếch đại cao trở khánh vào cực lớn đã cho phép cải tiến đáng kể chất lợng máy thu

nhân dân.

Trong tác chiến phòng không tất cả các đơn vị đều có liên quan mật thiết đến Radar

Bộ đội Radar phòng không là một binh chủng bảo đảm chủ yếu cho tác chiến phòng không và phòng tránh địch trên không của quân chủng phòng không cuả quân đội và phòng không nhân dân trong cả nớc

Radar phòng không phải quản lý chặt chẽ vùng trời của Tổ Quốc kịp thời phát hiện mọi hoạt động trên không đặc biệt là thời điểm tập kích đờng không của

địch không để Tổ Quốc bất ngờ trong mọi tình huống Vì thế bộ đội Radar có vai trò và những nhiệm vụ quan trọng trong tác chiến phòng không cũng nh trong phòng không nhân dân

Thực hiện trinh Radar liên tục ngày đêm để quản lý chặt chẽ vùng trời của Tổ quốc chủ động , kịp thời chính xác mọi hoạt động đờng không của địch.Thông

của các bộ đội phòng không khác nh Không quân,Tên lửa ,Pháo phòng không và các cơ quan phòng không nhân dân

Bảo đảm hoạt động chiến đấu và các hoạt động khác của bộ đội không quân,bộ đội tên lửa phòng không ,pháo phòng không và các chuyến bay đặc biệt Trong Không quân nhờ khả năng của Radar để phát hiện vật thể bay , phơng tiện phá hoại của địch giúp cho máy bay tiêm kích của ta xuất kích tiêu diệt mục tiêu đợc chính xác kịp thời.Trong quá trình bay Radar đã dẫn đờng cho máy bay.Radar đã giúp cho các binh chủng hợp đồng tác chiến hiệu quả

Trong các cuộc chiến tranh của nhân dân ta chống kẻ thù xâm lợc sự kết hợp của lực lợng Radar và các lực lợng khác đã làm nên những chiến công hiển hách Minh chứng đầy sức thuyết phục là việc bắn máy bay B-52 của giặc Mỹ

Trong những năm tháng cuối năm 1972 trong chiến dịch đánh phá miền Bắc giặc mỹ đã sử dụng máy bay B-52 để ném bom giải thảm miềm Bắc quyết cho miền bắc chở về thời kỳ đồ đá Nhiệm vụ của bộ đội Radar rất nặng nề làm sao phải biíet đợc hớng bay ,thời điểm và quy mô của giặc Trong những ngày đó bộ

đội Radar đã phát động phong trào chống nhiễu phát hiện bằng đợc B-52 để phối hợp với các lực lợng khác để quyết tâm tiêu diệt B-52 Sau ngày 26/10 đội hình bố chí Radar trên toàn miền Bắc đã đợc điều chỉnh Trung đoàn Radar H91 từ Thanh Hoá đợc lệnh cơ độnh vào Nghệ An có nhiệm vụ phát hiện chuyển tiếp máy bay

địch đặc biệt là B-52 Trung đoàn Radar H90 ở Hà Tĩnh ,H92 ở Tây Bắc H93 ở khu vực đông bằng Bắc Bộ.Tiểu đoàn 8 là tiểu đoàn Radar dẫn đờng đợc gia nhiệm vụ phối hợp tác chiến với lực lợng phòng không Các đơn vị Radar tiến hành tập luyện đột kích chống nhiễu phát hiện B-52 fát hiện ra máy bay bay thấp , chống tên lửa và qui trình dẫn đờng cho không quân

Bắt đầu từ 17-12 địch đã cho bắn phá và khiêu khích lực lợng phòng không cuả ta.18-12 mức độ đánh phá của địch giảm, đến 18h 15’ tất cả các đài Radar

đang cảnh giới điều bị nhiễu cờng độ nhiễu phát triển mạnh 18h35 tin từ đại dội

37 trung đoàn Radar H92 có 2 tốp F-111 từ phía Tây nam bên kia biên giới Việt

Lào bay thẳng về phía Tây Bắc Hà Nội 5 phút sau máy bay EB-66 bắt đầu gây nhiễu ngoài đội hình.Sau đó trên màn hình hiện sóng Radar của đại đội 16 ở Nghệ

An lại xuất hiện 1 số giải nhiễu mới và đã khẳng định là máy bay B52.Nhận đợc báo cáo trung đoàn trởng H91 lệnh mở tăng cờng đài Radar Π35 của đại đội 45.Sau khi xác định nhiễu B-52 đại trởng cùng các trắc thủ thao tac squy trình chống nhiễu theo kinh nghiệm chiến đấu đã xác định đợc tín hiệu các tốp B-52 trên nền nhiễu và các tình huống đợc thông tin kịp thời đến sở chỉ huy đại

đội.Chiếc B-52 đầu tiên rơi ở Phủ Lỗ-Kim Anh vào lúc 20h13’.Lịch sử truyền thống bảo đảm cho các lực lợng phòng không không quân đánh thắng trận đầu của

bộ đội Radar ghi thêm một trang mới vẻ vang.Chiến công suất sắc của bộ đội Radar trong đêm 18/12 và trong chiến dịch phòng không này đã chứng minh sự kết hợp của Radar trong chiến tranh bảo vệ tổ quốc

Cùng với sự góp phần của Radar với lực lợng Phòng không , Không quân ,Pháo Phòng không và các lực lợng vũ trang nhân dân khác trong chiến tranh chống Mỹ đã bắn rơi 4181 chiếc máy bay các loại Riêng trong chiến dịch Điện Biên Phủ trên không từ 18 đến 30/12/1972 Mỹ đã xuất phát 663 lần chiếc B52,hơn

3900 lần chiếc máy bay chiến thuật ta đã bắn rơi 34 chiếc B-52,5 chiêc F-111 bắt sống 45 phi công Góp phần vào chiến thắng của toàn quân, toàn dân , toàn Đảng

IV)Xu h ớng phát triển của Radar trong chiến tranh nhân dân chống chiến tranh địch sử dụng vũ khí công nghệ cao bảo vệ Tổ quốc

Radar phòng không có vai trò cực kỳ quan trọng trong hệ thống phòng không phòng thủ quốc gia Một trong những hớng nghiên cứu và ứng dụng khoa học ký thuật quân sựhiẹn nay trên thế giới là tàng hình hoá các phơng tiện tấn công đờng không nhằm vô hiệu hoá gây khó khăn cho hoạt động của Radar tạo yếu tố bất ngờ trong tấn công đờng không Trong lĩnh vực tác chiến điện tử việc chống phá Radar và tiêu diện Radar của đối phơng đợc các nớc đặc biệt quan tâm